《單片機(jī)原理、接口與C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì)》課件第6章

第6章MCS-51的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器6.1概述6.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1的寄存器6.3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1的工作方式6.4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2

6.5定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化編程及應(yīng)用 6.1概述

1.定時(shí)方式

(1)硬件法：完全由硬件電路完成，譬如555定時(shí)電路，這種方式不占用CPU時(shí)間。但當(dāng)要求改變定時(shí)時(shí)間時(shí)，只能通過改變電路中的元件參數(shù)來實(shí)現(xiàn)，很不靈活。

(2)軟件法：通過執(zhí)行一段循環(huán)程序來進(jìn)行時(shí)間延時(shí)，優(yōu)點(diǎn)是無額外的硬件開銷，定時(shí)比較精確，但犧牲了CPU的時(shí)間。

(3)可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：硬件電路完成定時(shí)，軟件完成定時(shí)參數(shù)的設(shè)置，所以這種方式綜合了硬件定時(shí)和軟件定時(shí)的優(yōu)點(diǎn)。

MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部提供2個(gè)可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1，52子系列還增加了一個(gè)16位定時(shí)器T2。它們都有定時(shí)和計(jì)數(shù)的功能，可用于定時(shí)控制、延時(shí)、對(duì)外部事件計(jì)數(shù)等場(chǎng)合，還可以作為串口的波特率發(fā)生器。定時(shí)器達(dá)到預(yù)定定時(shí)時(shí)間或者計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)滿時(shí)，給出溢出標(biāo)志，還可以發(fā)出內(nèi)部中斷。

2.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)

MCS-51單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)框圖如圖6.1所示。圖6.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖

3.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作原理

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的邏輯框圖可以簡(jiǎn)化成圖6.2。其核心器件是一個(gè)加1計(jì)數(shù)器，它對(duì)振蕩器12分頻后的脈沖Tm或外部脈沖源的脈沖Tx計(jì)數(shù)，每來一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到全1時(shí)，再來一次脈沖，計(jì)數(shù)器各位全部清0，同時(shí)計(jì)數(shù)器最高位產(chǎn)生溢出，使得定時(shí)控制寄存器TCON的TF0或TF1置1(TF0或TF1是計(jì)數(shù)器的溢出中斷標(biāo)志位)，向CPU申請(qǐng)中斷。圖6.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的邏輯框圖

6.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1的寄存器

1.工作方式控制寄存器TMOD

工作方式控制寄存器TMOD用于設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1的工作模式和工作方式，它的字節(jié)地址是89H，沒有位地址，不能進(jìn)行位尋址。其各位定義如圖6.3所示。高4位用于選擇T1的工作方式，低4位用于選擇T0的工作方式。圖6.3TMOD各位定義

M1、M0：定時(shí)器/計(jì)時(shí)器工作方式選擇位，對(duì)應(yīng)的工作方式如表6.1所示。T0有4種工作方式，T1有3種工作方式。表6.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式

2.定時(shí)器控制寄存器TCON

定時(shí)器控制寄存器TCON用于控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟停、溢出標(biāo)志和外部中斷觸發(fā)方式，其字節(jié)地址為88H，有位地址，可以進(jìn)行位尋址。各位的格式定義如表6.2所示。表6.2定時(shí)器控制寄存器TCON

6.3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1的工作方式

1.方式0

M1M0?=?00時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式0。方式0的等效框圖如圖6.4所示。方式0下，由THx的8位和TLx的低5位組成13位加1計(jì)數(shù)器，TLx的高3位沒用。當(dāng)TLx的低5位產(chǎn)生溢出時(shí)，向THx進(jìn)位，若THx溢出，則將相應(yīng)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器溢出標(biāo)志位TF0或TF1置1，形成定時(shí)器/計(jì)數(shù)器溢出標(biāo)志。如果允許中斷，則提出中斷請(qǐng)求。也可以通過查詢TF0或TF1的狀態(tài)判斷是否產(chǎn)生溢出。圖6.4T0、T1方式0的結(jié)構(gòu)

3.方式2

M1M0?=?10時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式2。這時(shí)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的等效框圖如圖6.5所示。圖6.5T0、T1工作方式2的結(jié)構(gòu)

4.方式3

只有定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0才有方式3，T1沒有這種工作方式。當(dāng)M1M0?=?11時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0工作在方式3。方式3時(shí)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0的等效結(jié)構(gòu)框圖如圖6.6所示。圖6.6T0方式3的結(jié)構(gòu)

6.4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2

6.4.1T2的寄存器

1.控制寄存器T2CON

控制寄存器T2CON的字節(jié)地址為0C8H，有位地址，能夠進(jìn)行位尋址。各位的格式如表6.3所示。表6.3控制寄存器T2CON

2.工作方式寄存器T2MOD

工作方式寄存器T2MOD對(duì)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的加1還是減1計(jì)數(shù)方式進(jìn)行設(shè)置，選擇T2是否工作于可編程時(shí)鐘輸出方式，其字節(jié)地址為0C9H，沒有位地址，不能進(jìn)行位尋址，復(fù)位后的值為××××××00B。T2MOD的格式如圖6.7所示。圖6.7工作方式寄存器T2MODE6.4.2T2的工作方式

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2是一個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，它既可以作定時(shí)器，又可以作計(jì)數(shù)器。T2有4種工作方式：16位自動(dòng)重載方式、捕獲方式、波特率發(fā)生器方式和可編程時(shí)鐘輸出方式，如表6.4所示。表6.4T2的工作方式圖6.816位自動(dòng)重裝方式的等效框圖

DCEN?=?0時(shí)，T2默認(rèn)自動(dòng)加1計(jì)數(shù)。當(dāng)T2計(jì)數(shù)滿溢出時(shí)，TF2置1，向CPU申請(qǐng)中斷，同時(shí)將RCAP2H和RCAP2L的內(nèi)容自動(dòng)重新裝入到TH2和TL2中。EXEN2?=?1且T2EX(P1.1)引腳上信號(hào)有負(fù)跳變時(shí)，EXF2置1，向CPU申請(qǐng)中斷，同時(shí)將RCAP2H和RCAP2L的內(nèi)容自動(dòng)重新裝入到TH2和TL2中。

當(dāng)DCEN?=?1時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2既可加1計(jì)數(shù)，又可減1計(jì)數(shù)。T2EX引腳的電平控制計(jì)數(shù)方向。

(1)當(dāng)T2EX引腳為高電平1時(shí)，T2為加1計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)滿溢出時(shí)，一方面置位TF2，向CPU請(qǐng)求中斷，另一方面將存放在寄存器RCAP2L和RCAP2H中的16位計(jì)數(shù)初值自動(dòng)重裝TL2和TH2，進(jìn)行新一輪加1計(jì)數(shù)。加1計(jì)數(shù)以65536為模。對(duì)計(jì)數(shù)次數(shù)求補(bǔ)可得到計(jì)數(shù)初值，即計(jì)數(shù)初值等于65536減去計(jì)數(shù)次數(shù)，此初值用于初始化TL2、TH2和RCAP2L、RCAP2H。

(2)?T2EX引腳為低電平時(shí)，T2為減1計(jì)數(shù)器。用FFFFH減去計(jì)數(shù)次數(shù)即可得到計(jì)數(shù)下限值，通常將計(jì)數(shù)下限值存放在RCAP2L、RCAP2H中。T2減1計(jì)數(shù)，直到計(jì)數(shù)器TH2、TL2中的值與寄存器RCAP2H、RCAP2L中預(yù)置的值相等時(shí),計(jì)數(shù)器溢出，重新將計(jì)數(shù)初值FFFFH裝入TH2和TL2，進(jìn)行新一輪減1計(jì)數(shù)。圖6.9T2捕獲方式的等效框圖

3.波特率發(fā)生器方式

RCLK?=?1或TCLK?=?1，TR2?=?1，T2OE?=?0時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2工作于波特率發(fā)生器方式，其等效結(jié)構(gòu)框圖如圖6.10所示。圖6.10T2波特率發(fā)生器等效框圖

4.可編程時(shí)鐘輸出方式

RCLK和TCLK均為0，TR2

=

1，T2OE

=

1時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2工作于時(shí)鐘輸出方式，可以通過編程在T2(P1.0)引腳輸出一個(gè)占空比為50%的時(shí)鐘信號(hào)，所以P1.0引腳除了常規(guī)用于I/O口外，還可以通過編程作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部時(shí)鐘輸入或占空比為50%的時(shí)鐘輸出引腳。其等效結(jié)構(gòu)框圖如圖6.11所示。圖6.11T2可編程時(shí)鐘輸出方式等效框圖

6.5定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化編程及應(yīng)用

1.初始化編程的步驟

在使用MCS-51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器之前，應(yīng)對(duì)它進(jìn)行初始化編程,主要是對(duì)TCON、T2CON、TMOD、T2MOD編程，計(jì)算并裝載計(jì)數(shù)初值THx和TLx。一般需要完成下列幾個(gè)步驟：

(3)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作在中斷方式時(shí)，必須對(duì)IE寄存器編程開中斷。

(4)通過編程TCON、T2CON中的TRx位來啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。

2.定時(shí)常數(shù)的計(jì)算

工作于計(jì)數(shù)方式時(shí)，假設(shè)計(jì)數(shù)器所需要的計(jì)數(shù)值為N，計(jì)數(shù)初值設(shè)定為X，由此便可得到如下的計(jì)算公式：X=M－N。其中：M為計(jì)數(shù)器模值，該值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時(shí)，M為213=8192；在方式1時(shí)，M為216=65?536；在方式2和方式3時(shí)，M為28?=?256。分析：P1.0輸出周期為500μs的方波，只需P1.0口每250μs取反一次，即T0的定時(shí)時(shí)間為250μs。單片機(jī)時(shí)鐘為12MHz，機(jī)器周期為1μs，則需要的計(jì)數(shù)次數(shù)為